Colloïdaal Synthese van Nanopatch Antennes for Applications in Plasmonics en Nanofotonica

Het algemene doel van deze experimentele procedure is om een techniek te demonstreren om nanopatchantennes te fabriceren die op maat gemaakte licht-materie interacties mogelijk maken, zoals sterk verbeterde fluorescentie. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvragen in de nanofotonische en plasmonische gemeenschappen, zoals hoe hoge fluorescentieverbetering en controle van andere gerelateerde subprocessen kunnen worden bereikt. Het grote voordeel van deze techniek is dat het grootschalige fabricage van nanoantennes mogelijk maakt, waarbij de kritieke kenmerkgrootte op een schaal van één nanometer kan worden gecontroleerd.

Deze procedure zal worden gedemonstreerd door Thang Hoang, een postdoctoraal medewerker, en Jiani Huang, een afgestudeerde student uit mijn laboratorium. Begin de syntheseprocedure door een gereinigde rondbodemfles in het verwarmingsbad te dompelen, ongeveer 10 mm diep in de vloeistof. Gebruik vervolgens een micropipet om 10 ml ethyleenglycol of EG in de rondbodemfles te plaatsen.

Doe de dop op de fles en wacht 20 minuten. Het doel van deze stap is om de fles met EG schoon te maken. Na 20 minuten verwijdert u de dop en tilt u de rondbodemfles uit het verwarmingsbad. Neem de hele klem eruit, omdat de EG-oplossing heet is.

Giet de 10 ml EG in een afvoercontainer en zorg ervoor dat de magnetische roerbar niet valt. Plaats de fles terug in het verwarmingsbad. Gebruik een micropipet om 5 ml EG in de fles toe te voegen en doe de dop erop.

Na 5 minuten te hebben gewacht, verwijdert u de dop en gebruikt u een micropipet om 60 microliter natriumhydrosulfidehydraat in de fles te plaatsen. Doe de dop er weer op en wacht twee minuten. Na twee minuten verwijdert u de dop en gebruikt u een micropipet om 500 microliter van de zoutzuuroplossing in de fles te plaatsen.

Gebruik onmiddellijk een micropipet om 1,25 ml van de PVP-oplossing in de fles te brengen voordat u de dop weer opdoet en twee minuten wacht. Nadat u de dop hebt verwijderd, gebruikt u een micropipet om 400 microliter van de zilvertrifluoracetaatoplossing in de fles te plaatsen en doet u de dop er weer op. Wacht 2,5 uur.

De zilveren nanocubes worden gevormd tijdens deze stap. Gedurende deze tijd, verminder het kamerlicht tot een minimum. Na 2,5 uur, zet de verwarming uit, maar laat het roeren aan om verbranding van de vloeistof op de bodem te voorkomen.

Gebruik de klem om de fles boven het verwarmingsbad te heffen en verwijder de dop. Vervolgens verwijdert u de fles uit het verwarmingsbad om sneller af te koelen. Na ongeveer 20 minuten, voegt u 5 ml aceton toe aan de fles.

Vortex het om de oplossingen goed te mengen. Uiteindelijk is het totale volume van de oplossing 12 ml. Gebruik een micropipet om de uiteindelijke oplossing over te brengen naar acht kleinere plastic buisjes van 1,5 ml.

Centrifugeer deze acht buisjes met een snelheid van 5.150 Gs gedurende tien minuten. Als gevolg hiervan bevinden alle zilveren nanocubes zich op de bodem van de buisjes. Gebruik een micropipet om de bovenste supernatant te verwijderen, waarbij ongeveer 100 microliter op de bodem van elke buis achterblijft.

Voeg vervolgens 1 ml gedeïoniseerd water toe aan elk van deze buisjes. Vortex en soniqueer de buisjes. De nanocubes zijn nu gesuspendeerd in hoofdzakelijk gedeïoniseerd water.

Herhaal de centrifugatie-resuspensiestap nog een keer. Deponeer eerst een polyalleleaminehydrochloride, of PAH-laag, door de goudfilm gedurende vijf minuten in een PAH-oplossing te dompelen. Dit resulteert in een PAH-laag bovenop de goudfilm met een dikte van ongeveer 1 nanometer.

Na vijf minuten, spoel de goudfilm met schoon gedeïoniseerd water. Er is nu een enkele PAH-laag bovenop de goudfilm. Dompel vervolgens de goudfilm met de enkele PAH-laag gedurende één minuut in een natriumchloride-oplossing.

Dompel vervolgens de goudfilm met de enkele PAH-laag gedurende vijf minuten in een polystyreensulfonaat, of PSS-oplossing. Dit resulteert in een PSS-laag met een dikte van ongeveer 1 nanometer bovenop de PAH-laag. Herhaal dit proces om in totaal vijf polyelektrolytlagen op de goudfilm te deponeren.

Laat 100 microliter van een 25 micromolaire cyanine-5-oplossing druppelen op het monsteroppervlak. Plaats vervolgens een schone dekglas op de oplossingsdruppel. Cyanine-5-moleculen zullen zich uniform in de bovenste polyelektrolietenlagen incorporeren.

Na tien minuten, spoel het monster met gedeïoniseerd water en droog het af met schone stikstofgas. Om nanopatchantennes te vormen, verdunt u de bereide nanocube-oplossing 100 keer met gedeïoniseerd water, om het optische onderzoek van individuele nanopatchantennes mogelijk te maken. Gebruik een micropipet om een druppel van 20 microliter van de verdunde nanocube-oplossing op een schoon dekglas te plaatsen.

Plaats het monster gedurende twee minuten in contact met het dekglas. Als gevolg hiervan worden de zilveren nanocubes geïmmobiliseerd op de bovenste terminale PAH-laag, omdat de nanocubes die hier worden gesynthetiseerd negatief geladen zijn en de bovenste PAH-laag positief geladen is. Na twee minuten, spoel het monster met gedeïoniseerd water en droog het af met schone stikstofgas.

Hier worden representatieve scanning electron microscopy beelden van de zilveren nanocubes weergegeven die zijn verkregen uit deze procedure. Hier werd het monster gemaakt met een onverdunde oplossing van nanocubes. Terwijl het monster in deze afbeeldingen tien- en honderdvoudig werd verdund.

In alle gevallen worden nanocubes van relatief uniforme grootte waargenomen, gekenmerkt door scherpe hoeken, met een straal van kromming van ongeveer 10 nanometer. Hier worden representatieve optische karakteriseringen van de uiteindelijke nanopatchantennes met ingebedde cyanine-5-kleurstoffen weergegeven. Reflectiemetingen van een